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家用小型全自動壓面機(jī)的設(shè)計(jì)
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目 錄
摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
1 概述 1
2 總體結(jié)構(gòu) 2
3 壓面輥的設(shè)計(jì) 4
3.1 壓面輥的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì) 4
3.2 軸承選用 4
3.3 壓面輥與軸系零件的連接 5
3.4 壓面輥的表面技術(shù)參數(shù) 5
3.4.1 齒數(shù) 5
3.4.2 壓齒的斜度 5
3.4.3 齒形 5
3.4.4 壓面輥的表面參 5
3.4.5 在選擇輥速時(shí)考慮的因素 6
3.4.6 橫壓力 6
3.4.7 壓面輥的清理及冷卻 6
4 進(jìn)料機(jī)構(gòu) 6
4.1 進(jìn)料板 7
5 切面棍 7
6 計(jì)算部分 8
6.1 傳動設(shè)計(jì)、選配電機(jī) 8
6.1.1 傳動方案的擬定 8
6.1.2 電機(jī)的選擇 8
6.1.3 V帶的設(shè)計(jì) 9
6.2 壓延輥齒輪傳動設(shè)計(jì)計(jì)算 11
6.2.1 選用齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 12
6.2.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)K1T1 12
6.2.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 13
6.2.4 幾何尺寸計(jì)算 14
6.3 壓面輥和切面棍受力分析 14
6.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
6.3.2 壓面輥受力分析及校核 15
6.4壓面輥軸承的選擇計(jì)算 16
6.4.1 壓面輥軸承的選擇 16
6.4.2 軸承校核設(shè)計(jì) 16
7 結(jié)論 17
參考文獻(xiàn) 17
致謝 18
摘 要
本文對家用小型全自動壓面機(jī)進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì)，確定了面條機(jī)的技術(shù)參數(shù)。同時(shí)對面條機(jī)使用過程中可能出現(xiàn)的問題做了詳細(xì)的分析，并提出了相應(yīng)的解決方法，且對面條機(jī)中的主要零件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析計(jì)算和校核。此次設(shè)計(jì)的面條機(jī)是將已經(jīng)揉好的面團(tuán)經(jīng)過面輥相對轉(zhuǎn)動擠壓形成面片，再經(jīng)壓面棍對面片進(jìn)行切條。此面條機(jī)的傳動：以電動機(jī)為動力源，電機(jī)和切面輥之間通過皮帶輪傳動，兩壓面棍之間的傳動是齒輪傳動。
本文設(shè)計(jì)了小型自動壓面機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)，確定了工藝參數(shù)。同時(shí)，對面條機(jī)在加工過程中可能出現(xiàn)的問題做了詳細(xì)的分析，并提出了相應(yīng)的解決方案，并對面條機(jī)的主要部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析計(jì)算和校核。這次的設(shè)計(jì)是先揉搓面團(tuán)，將面團(tuán)搟成面片，然后面片的轉(zhuǎn)動擠壓形成面條。該設(shè)備是驅(qū)動電機(jī)的傳動方式，電機(jī)驅(qū)動皮帶輪，帶動齒輪傳動實(shí)現(xiàn)壓面片，兩個(gè)壓桿之間的齒輪傳動實(shí)現(xiàn)切面條。
關(guān)鍵詞：電機(jī)；皮帶輪；齒輪
Abstract
In this paper, the overall design of household small automatic noodle press is designed, and the technical parameters of noodle machine are determined. At the same time, the problems that may appear during the use of noodle machine are analyzed in detail, and the corresponding solutions are put forward, and the main parts in the noodle machine are designed, analyzed and calculated and checked. The noodle machine designed by this design is to knead dough and roll it through the surface roll to form the patch. Then the bar is cut through the noodle bar. The transmission of this noodle machine takes the motor as the power source, the motor and the noodle roller drive through the belt pulley, and the transmission between the two pressure bars is the gear transmission.
The overall design of the small automatic press machine is designed, and the process parameters are determined. At the same time, the problems that may appear during the processing of noodle machine are analyzed in detail, and the corresponding solutions are put forward, and the main parts of the noodle machine are designed, analyzed and calculated and checked. The design is to knead dough first, roll the dough into a patch, and then turn the surface to form noodles. The equipment is the driving mode of driving the motor, the motor drives the pulley, drives the gear drive to realize the pressing face, and the gear transmission between the two press rods realizes the noodle cutting.
Key words: motor; pulley; gear
1 概述
22
在沒有壓面機(jī)的家庭里制作面條要經(jīng)過和面、揉面、搟面、切面等工序，十分的費(fèi)時(shí)費(fèi)力。所以傳統(tǒng)家庭制作面條就會出現(xiàn)工序復(fù)雜、效率低下、甚至有不衛(wèi)生的問題。針對這些問題設(shè)計(jì)了自動壓面機(jī)，想集和面、壓面和切面為一體，盡最大可能解放面食工作者的身體壓力，提高效率。并且為了適應(yīng)市場，設(shè)計(jì)的壓面機(jī)在節(jié)能、體積小、造型新穎、操作簡單、修理方便、整潔衛(wèi)生等方面做出了改進(jìn)。
國內(nèi)外的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢等情況：
國內(nèi)北方和南方因?yàn)閰^(qū)域氣候文化等原因，南方面食較少。但總體國內(nèi)制作面食主要是兩種方式：手工和壓面機(jī)。手工制作的缺點(diǎn)是少量、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，作為上班族回到家里，還要親自制作面條時(shí)，效率低下，勞動強(qiáng)度略大。優(yōu)點(diǎn)是手工面條，勁道十足，十分美味，可以體驗(yàn)自己制作美食的樂趣?，F(xiàn)在壓面機(jī)自動化程度并不高，經(jīng)過考察發(fā)現(xiàn)，家用的壓面機(jī)需要自己先和好面團(tuán)在放進(jìn)進(jìn)料槽，并且為了防止面團(tuán)粘在壓面輥上還要親自在壓面輥上撒上面粉，非常麻煩。國外面條吃的也不多，壓面機(jī)發(fā)展和中國差不多，但在安全和衛(wèi)生上做出了一些改進(jìn)，壓面機(jī)上裝有緊急停止開關(guān)并且護(hù)壁也起到了防護(hù)作用。只要壓面機(jī)的技術(shù)水平提升，功能齊全，并且市場推廣到位，一定是有不錯的前景的。
所以我想在現(xiàn)有壓面機(jī)只有壓面的功能上，添加和面和切面的功能并實(shí)現(xiàn)自動化，盡最大可能減少家庭制作面條的時(shí)間，提高效率。
計(jì)劃：
第1周~第2周：查找文獻(xiàn)資料，了解壓面機(jī)國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r，完成開題報(bào)告、外文文獻(xiàn)
第3周~第4周：設(shè)計(jì)總體方案和整體結(jié)構(gòu)，繪制結(jié)構(gòu)簡圖
第5周~第9周：完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，完成總裝圖和所有零件圖
第10周~第12周：撰寫說明書，對部分問題進(jìn)行調(diào)整、修改、準(zhǔn)備答辯
四、所需的主要儀器和設(shè)備等
鉛筆、直尺、圓規(guī)、紙、CAD、SolidWorks、壓面機(jī)
2 總體結(jié)構(gòu)
壓面機(jī)功能主要分為三個(gè)：和面、壓面、切面
壓面機(jī)主體部件可分為：電動機(jī)、攪拌機(jī)、進(jìn)料槽、壓面輥、面刀、V型帶、齒輪等
壓面機(jī)的總體流程：首先在攪拌容器內(nèi)加入適量的面粉和水，打開電源，和面區(qū)開始工作，其次和好的面團(tuán)從攪拌容器倒進(jìn)已經(jīng)撒上面粉的進(jìn)料槽，進(jìn)入壓面輥，開始壓成面片，最后面片經(jīng)過V型帶，傳送到面刀處，進(jìn)行切面作業(yè)。
面粉、水
攪拌、揉面
進(jìn)料槽
面刀切面
壓面輥壓面
V型帶運(yùn)輸
出面
壓面裝置壓面輥：
圖2
壓面機(jī)攪拌部件：
圖3
壓面機(jī)面刀： 可以自己調(diào)節(jié)面條的寬度
圖4
壓面機(jī)部分部件的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和注意事項(xiàng)：
（1）進(jìn)料槽：要設(shè)計(jì)出大小合適進(jìn)料方便的進(jìn)料槽，進(jìn)料槽的傾斜角度要經(jīng)過計(jì)算得到。面團(tuán)會進(jìn)入壓面輥，進(jìn)行壓片作業(yè)。
（2）壓片機(jī)構(gòu)要設(shè)計(jì)合理，不能出現(xiàn)卡料或使粘上太多的的面料在壓面輥上，因此壓面輥表面要經(jīng)過磨床精磨，使壓面輥表面光滑，壓出的面片才會均勻平滑。
（3）根據(jù)轉(zhuǎn)速、功率等要求，選出合適的電動機(jī)。
（4）使用齒輪和皮帶作為傳動系統(tǒng)，噪音小，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)，傳動動力準(zhǔn)確高效，噪聲小、無震動。
（5）設(shè)計(jì)出可以調(diào)試的面刀，通過調(diào)試面刀的間距，就可以切出不同寬度的面條。
（6）攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速要分檔，一檔（快速）起到和面功能，二擋（低速）起到揉面功能
（7）因面團(tuán)在進(jìn)料槽和壓面輥運(yùn)動時(shí)，會出現(xiàn)粘粘，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)自動撒面粉的裝置
進(jìn)料板：進(jìn)料板是敞開式的，由鋼板制成，可以觀察進(jìn)料情況，而且質(zhì)輕美觀。
延壓部分：可以觀察到壓面輥的轉(zhuǎn)動及料流等情況
切面部分：本機(jī)采用鋼板制造，焊接制成，切面到直接裝在罩殼上，因此此結(jié)構(gòu)拆裝方便，實(shí)用性強(qiáng)，便于開啟關(guān)閉。
罩殼：本機(jī)罩采用鋼板沖壓，焊接制成。
總體裝配圖如圖一
圖1
家用小型全自動壓面機(jī)的工作過程是先將揉好面團(tuán)經(jīng)過兩壓面輥壓成面皮，在經(jīng)過切面輥壓成面條，其中兩切面棍之間是用齒輪傳動來帶動兩輥轉(zhuǎn)動，然后是用電機(jī)與切面輥之間用帶輪傳動，切面棍和壓面輥直接用也用皮帶輪來傳動。關(guān)于具體的計(jì)算將在后面的設(shè)計(jì)計(jì)算中給出。
3 壓面輥的設(shè)計(jì)
3.1 壓面輥的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)
如圖2為常用的壓面輥結(jié)構(gòu)圖，它由輥體和兩根輥軸組成［2］。壓面輥的輥體由雙金屬離心澆鑄而成，外層為保證輥面有一定硬度和耐磨性的合金鑄鐵，內(nèi)層為使壓面輥具有一定韌性和吸振性能的灰口鑄鐵，輥軸材料為機(jī)械性能較好的45號鋼；輥體和兩只輥軸經(jīng)必要的機(jī)加工后，采用過盈配合壓配成一體，再一起加工到要求的幾何尺寸和形狀。
圖2 壓面輥結(jié)構(gòu)示意圖
大量的實(shí)驗(yàn)研究和生產(chǎn)證明：壓面輥直徑130mm時(shí)，家用小型全自動壓面機(jī)壓延效果和綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好。根據(jù)家用小型全自動壓面機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，選擇壓面輥直徑為130mm，輥長為200mm，根據(jù)壓面輥標(biāo)準(zhǔn)，壓面輥的動平衡精度為G6.3；整個(gè)輥面上的硬度盡可能的均勻，硬度偏差要求達(dá)到HS4的水平；輥面的粗糙度要求為Ra0.08mm，圓柱度精度為9級。
3.2 軸承選用
根據(jù)壓延機(jī)工藝要求的特點(diǎn)，對壓面輥軸承除載荷方面的基本要求，現(xiàn)糧食行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——面條機(jī)規(guī)定，本機(jī)選用滾動軸承［3］。此軸承有自位性能，而且承受載荷較大，為了便于拆裝壓面輥，在軸承內(nèi)側(cè)和壓面輥之間加了緊固軸套，軸承座為整體式［4］。
3.3 壓面輥與軸系零件的連接
絕大多數(shù)面條機(jī)上，壓面輥與軸系零件——大帶輪及同步帶輪的連接鍵，雖然鍵連接具有簡單、緊湊、可靠，成本低等優(yōu)點(diǎn)。但是，減少了被連接件的承載面積，特別是會引起高度的應(yīng)力集中，被連件也難以獲得精確的定心，而且裝拆也不方便，本機(jī)采用軸承座連接。軸承座連接的定心性好。輪轂可以相對于軸緊固在任意軸向位置上，裝拆方便，只要把緊固螺釘松開，軸承座連接避免軸因鍵槽等原因而削弱，承載能力高，可獲得緊密的連接，而且有安全保護(hù)作用，只要過載、內(nèi)、外環(huán)就會打滑，形成相對轉(zhuǎn)動，避免零件損壞，壓面輥軸與軸承通過緊定套連接，這樣有利于拆裝軸承，兩輥帶輪的連接用螺釘，也便于裝拆［5］。
3.4 壓面輥的表面技術(shù)特征
3.4.1齒數(shù)
壓面輥齒數(shù)的多少是根據(jù)需要壓延的物料、性質(zhì)以及要求達(dá)到的壓延厚度比來確定，齒數(shù)少時(shí)，齒間距就大，齒槽也深，適用于壓延較多的物料；如用于壓延不多的的物料，則物料容易嵌在齒槽內(nèi)面得不到應(yīng)有的厚度；齒數(shù)多時(shí)，齒間距就小齒槽也較淺，適用于壓延厚度較小的物料，如要壓延較多的物料，軋距小時(shí)會使面皮壓壞，軋距大是會使面皮厚度過大，得不到想要的效果，并且齒的磨損較塊［6］。齒數(shù)的多少還與入料的流量有關(guān)，流量大時(shí)，齒數(shù)應(yīng)少一些；流量小時(shí)，齒數(shù)應(yīng)多一些。
3.4.2 壓齒的斜度
當(dāng)壓面輥長度和齒數(shù)不變時(shí)，斜度越大，交叉點(diǎn)數(shù)越多，功耗會降低，面皮就越厚；反之，面皮越薄，功耗會提高，齒的斜度最大不應(yīng)超過1：6，否則面團(tuán)將在壓面輥表面作軸向移動，而削弱壓面輥對物料的壓延作用。本機(jī)壓面輥的斜度選為1：4［6］。
3.4.3齒形
齒形的大小決定了壓延和切面作用力的性質(zhì)，它直接影響著面團(tuán)的壓延程度、能耗以及中間產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量。隨著齒腳的增大，輥齒對面團(tuán)的擠壓力增強(qiáng)，剪切力減小，易將面團(tuán)擠壓成面皮，然而可使能耗降低。目前面粉廠所采用的齒角一般在90°~100°之間，其中鋒角20°~40°，鈍角55°~70°。齒頂平面可以緩和輥齒的剪切作用，減小面皮切壞的機(jī)會，改善輥齒的耐磨性，提高輥齒一次拉絲的壽命。
3.4.4 壓面輥的表面參數(shù)
表征壓延機(jī)的參數(shù)很多，其中主要有輥筒數(shù)目及其排列型式、輥筒的直徑和長度、輥筒的調(diào)速范圍、速比和生產(chǎn)能力、壓延制品的最小厚度和厚度公差、輥筒的橫壓力和驅(qū)動功率等［7］。
輥筒的長度和直徑是指輥筒工作部分的長度和直徑。壓面輥輥面磨光后的粗糙度為Ra0.08mm，光輥的表面要求非常的光滑那樣壓延出來的面皮才有能細(xì)嫩平滑且美觀，保證物料能被壓面輥進(jìn)去壓面區(qū)和切面區(qū)，提高切面效果。光輥的硬度一般為Ra1.5~2.5μm。光輥工作時(shí)的軋距較小但輥間壓力較大，壓面輥會產(chǎn)生一定的彎曲變形，這樣軋距就會出現(xiàn)中間大兩端小的現(xiàn)象，造成壓延效果的不均勻和下降，甚至導(dǎo)致面條機(jī)不能正常工作。
3.4.5 在選擇輥速時(shí)考慮的因素
輥筒速度直接影響壓延機(jī)的功率消耗和生產(chǎn)能力。輥速越大，則功率與產(chǎn)量越高，對壓延機(jī)的機(jī)械化自動化水平要求也越高。因此，在選擇輥速時(shí)要考慮： 1）壓延的工藝要求；2）壓延機(jī)的制造水平；3）壓延機(jī)組的自動化水平；4）輥筒速度應(yīng)能廣泛的平穩(wěn)地調(diào)整；5）壓延時(shí)輥速盡可能用高值，這有利于發(fā)揮設(shè)備能力?？梢娸佀俚母叩蜆?biāo)志著壓延機(jī)組的先進(jìn)水平。近年來，由于采用電動機(jī)單獨(dú)地傳動每個(gè)輥筒，它可使輥筒間的速比在一定范圍內(nèi)（從1：1到高達(dá)1：1.3）任意調(diào)節(jié)，從而可在一臺壓延機(jī)上完成多種作業(yè)，這就使機(jī)臺的適應(yīng)性更加寬廣，并有利于提高輥速［8］。
3.4.6 橫壓力
橫壓力的概念：面團(tuán)通過輥筒間隙時(shí)，對輥筒產(chǎn)生徑向作用力和切向作用力，徑向作用力垂直于輥面，力圖將輥筒分開，這個(gè)力就叫橫壓力，也叫分離力。輥筒橫壓力的特征，面團(tuán)通過壓延機(jī)輥筒輥隙時(shí)，面團(tuán)的厚度逐漸由大變小，而壓力逐漸上升，在壓延過程中影響橫壓力的因素是多方面的：壓延制品的厚度； 制品厚度越薄，輥隙越小，分離力越大。輥筒直徑和壓延寬度越大，所產(chǎn)生的橫壓力也越大［9］。
3.4.7 壓面輥的清理與冷切
清理方法；壓面輥工作時(shí)，輥面會粘附一些面制物料，物料水分越高、軋距越小，粘附情況就越嚴(yán)重。為了保證壓面機(jī)的機(jī)械和工藝性能，應(yīng)使用清理裝置來保持輥面的正常工作狀態(tài)。目前，一般是在壓面切面完成以后，可以拆下來對其進(jìn)行清理，清洗干凈在將輥和切面刀安裝上去。這既有利于壓面輥和切面輥的保養(yǎng)因而使其壽命增長［10］。
冷卻問題：本機(jī)沒有設(shè)計(jì)專門的冷卻裝置，而是利用空氣自行冷卻。目前，國外先進(jìn)的面條機(jī)不采用專門的冷卻裝置，而是靠空冷。
4 進(jìn)料機(jī)構(gòu)
4.1 進(jìn)料板
進(jìn)料板位于壓面機(jī)的頂部，它的主要作用是：連接進(jìn)料板和壓延部分，并對物料起一定的緩存作用；將物料盡可能地沿壓面輥輥軸敞開；便于觀察物料的壓延和切面部分。簡體的上端安裝有進(jìn)料口的頂蓋下端有與壓面機(jī)機(jī)架連接的法蘭；相比平截正圓錐形形狀，平截長方形錐形進(jìn)料筒具有更大的容量，同時(shí)物料也更容易沿壓面輥軸向分布。
5 切面輥
切面刀可根據(jù)個(gè)人愛好選擇，選擇需要的面寬厚度與寬度，切面輥與軸連接，面輥的設(shè)計(jì)方便拆裝，結(jié)果簡單，適合于家庭用。
傳動：面條機(jī)的傳動是指動力輸入和壓面輥之間傳動兩部分。壓面輥采用一臺電動機(jī)獨(dú)立驅(qū)動，電動機(jī)通過V帶一級減速直接拖動壓面輥。
兩輥之間采用同步齒形帶傳動。雙面齒形帶為了雙面嚙合的撓性傳動，傳動比精確，結(jié)構(gòu)也能自動適應(yīng)離合軋和軋距調(diào)節(jié)所引起的兩輥中心距變化；當(dāng)壓面輥磨損引起較大的中心距變化時(shí)，可通過調(diào)節(jié)緊張輪補(bǔ)償。改變兩輥帶輪的齒數(shù)，就可方便地提供多種傳動比［11］。該傳動平穩(wěn)，噪聲較小，且無需潤滑。其基本構(gòu)造與壓面輥相似。
6 計(jì)算部分
6.1 傳動設(shè)計(jì)、選配電機(jī)
6.1.1傳動方案的擬定
V帶傳動具有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：傳動效率高；傳動摩擦力大；整體尺寸較小，結(jié)構(gòu)較為緊湊。所以，在高速級布置一級V帶傳動，電機(jī)直接通過V帶拖動輥軸。
6.1.2 電機(jī)的選擇
（1）電動機(jī)類型的選擇：Y系列三相異步電動機(jī)
（2）電動機(jī)的功率選擇
表1 機(jī)械傳動的效率值
Chart1 The mechanical transmission efficiency value
種類 效率
滾動軸承 0.99/對
V帶傳動 0.96
同步齒形帶 0.97
傳動裝置的總效率：
η總=η2軸承·η2軸承·η帶·ηV =0.992×0.97×0.96＝0.894 (1)
電動機(jī)所需的功率
Pd= P帶/∑η=0.62Kw (2)
（3）確定電動機(jī)轉(zhuǎn)速［12］
V帶輪傳動比：2~4，為了防止打滑，增大帶輪包角，傳動比盡量取小。
n帶=（2~4）×750=1500~3000r/min
符合這一范圍的同步速度為：1500r/min
（4）確定電動機(jī)型號
根據(jù)以上選用的電動機(jī)的類型，所需的額定功率及同步轉(zhuǎn)速選定電動機(jī)的型號為Y80M2-4調(diào)速電機(jī)，
其主要性能：
P額=0.75Kw
n滿載=130r/min
T額=2.3N·mm
運(yùn)動參數(shù)、動力參數(shù)計(jì)算
實(shí)際傳動比：i=n滿載/nk=1.85
P1=P額·ηV·η帶=0.7Kw0
pⅡ=P1·η軸承·η帶=0.67 Kw
PⅢ= PⅡ·η軸承·η帶=0.65 Kw
6.1.3 V帶的設(shè)計(jì)
（1）選擇V帶的帶型［12］：表查的工作情況系數(shù)KA=1.1，故計(jì)算功率
Pca=KAP=1.1×0.75=0.825Kw
根據(jù)Pca，選用A型帶［2］。
（2）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1［12］。取小帶輪的基準(zhǔn)直徑；
（3）驗(yàn)算帶速V［12］：
V=m/s=5.46m/s (3)
因?yàn)?m/s
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